Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
расстоянию между его концами. Собственные колебания с высшими частотами были слабы и практически не играли роли. Для предотвращения ухода быстропеременных токов из вибратора в катушку индуктора последний присоединялся к вибратору через дроссели D. Такой вибратор, как уже указывалось в начале предыдущего параграфа, можно рассматривать как систему точечных диполей
R
Рис. 359.
§ 1421
ОПЫТЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ
637
Герца, излучения которых складываются друг с другом и дают поле излучения всего вибратора.
Для обнаружения электромагнитных волн Герц пользовался резонаторами различной формы. Наиболее простым и удобным является прямой открытый резонатор (рис. 359, справа). По форме и размерам он должен быть тождествен с излучающим вибратором, чтобы совпадали их собственные частоты. Когда электромагнитная волна достигает резонатора, в нем возбуждаются вынужденные высокочастотные электрические токи. Они наиболее интенсивны при совпадении собственных частот вибратора и резонатора (резонанс). О появлении таких токов Герц судил по проскакива-нию слабой электрической искорки в малом зазоре в середине резонатора или по свечению миниатюрной газоразрядной трубки Т, включенной между обеими половинами резонатора.
Гене-
ратор
У
4І
ff
=о
Рис. 360.
a) 6J
Рис. 361.
2. Недостаток аппаратуры Герца состоит в том, что свободные колебания в его вибраторе быстро затухают и обладают малой мощностью. От этого недостатка свободны ламповые генераторы, позволяющие получать колебания практически любой мощности и притом правильной синусоидальной формы. Они могут быть использованы вместо индуктора I для возбуждения незатухающих колебаний в вибраторе. С этой целью можно, например, между половинами вибратора VV ввести один или несколько витков медной проволоки, индуктивно связанных с катушкой самоиндукции L генератора (рис. 360).
Для обнаружения излучения вибратора в промежутке между концами приемного резонатора можно включить маленькую электрическую лампочку (рис. 361, а). Этот способ особенно удобен в демонстрационных опытах, когда расстояния между вибраторами и резонатором невелики и поэтому колебания, возникающие в резонаторе, достаточно сильны. Для обнаружения более слабых коле-
638
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
[ГЛ. X
баний в промежуток между половинами резонатора можно ввести кристаллический детектор D и к его концам присоединить гальванометр постоянного тока Г (рис. 361, б). Сопротивление детектора зависит от направления тока. Когда ток через детектор течет в пропускном направлении, то сопротивление детектора мало. Мало и напряжение на детекторе. Если же ток течет в запорном направлении, то напряжение на детекторе сильно возрастает. Поэтому в случае переменного тока на детекторе появляется постоянная составляющая напряжения, а через гальванометр течет ток постоянного направления. Этот способ применяется в большинстве опытов, описываемых ниже.
Вместо детектора можно взять когерер, т. е. стеклянную трубочку, наполненную оксидированными металлическими опилками. Действие его разъясняется на примере следующей демонстрации.
3. Искровой вибратор, возбуждаемый индуктором (см. рис. 359, слева), помещается в соседней
комнате, резонатор с когерером — в аудитории. В цепь когерера К включена батарея с амперметром (рис. 362). В обычном состоянии сопротивление опилок когерера очень велико, и амперметр не обнаруживает тока. При включении индуктора электромагнитные волны, излучаемые вибратором, попадая на когерер, вызывают искорки, проскакивающие между опилками. Происходит спекание опилок, и сопротивление их резко уменьшается (в сотни раз). В результате через амперметр начинает идти ток от батареи, не прекращающийся и при выключении индуктора. Если, однако, слегка постукать по когереру, то спекание опилок исчезает, сопротивление когерера сильно возрастает, и ток через амперметр прекращается. Амперметр снова обнаружит ток, если включить индуктор и тем самым заставить вибратор излучать электромагнитные волны.
4. В следующей демонстрации колебания в вибраторе возбуждаются ламповым генератором с длиной волны 1 = 3 м и частотой v = 108 Гц по схеме рис. 360. Прием осуществляется резонатором с лампочкой (см. рис. 361, а). Длина вибратора и резонатора Я/2 = 1,5 м. Резонатор и вибратор устанавливаются на некотором расстоянии параллельно друг к другу и перпендикулярно к линии АВ, соединяющей их центры, как указано на схематическом рис. 363. В этом случае лампочка горит ярко. Если поворачивать резонатор вокруг оси АВ, то накал лампочки уменьшается, совсем пропадая при повороте на 90°. То же происходит, если поворачивать резонатор вокруг оси, перпендикулярной к плоскости рисунка, — накал пропадает, когда резонатор устанавливается параллельно линии АВ. Дело в том, что электромагнитные волны,
R
_
, —1|||—т
R
Рис. 362.
§ 142]
ОПЫТЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ВОЛНАМИ
639
излучаемые вибратором, линейно поляризованы: электрический
вектор волны в точке В параллелен оси вибратора. Токи в резонаторе возбуждает только составляющая электрического вектора, направленная вдоль оси резонатора. Она, а следовательно, и возбуждаемый ею ток пропорциональны косинусу угла а между осями вибратора и резонатора. Следовательно, джоулево тепло, выделяющееся в лампочке, должно быть пропорционально квадрату того же косинуса. Если приемный резонатор перемещать параллельно самому себе вдоль линии АВ, то при удалении от вибратора накал лампочки уменьшается не монотонно, а проходит через максимумы и минимумы. Дело в том, что волны, излучаемые вибратором, отражаются от стен аудитории и в ней устанавливается некоторое подобие стоячей волны с узлами и пучностями. Лампочка горит ярче в пучностях электрического поля и слабее в узлах.
